KR100707083B1 - Wire grid polarizer and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선 격자 편광자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 선 격자 편광자의 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a line lattice polarizer and a method for manufacturing the same, characterized in that formed on the both sides of the grating of the line lattice polarizer by the deposition of a thin metal film.
본 발명에 의하면, 선 격자 편광자에 있어서 주기를 격자 주기의 절반으로 줄일 수 있어 높은 편광 소멸비 및 투과율을 얻을 수 있으며, 그로 인해 LCD의 휘도를 증가시킬 수 있고, 전자빔 리소그래피 공정 없이도 110 ~ 135㎚의 주기를 가지는 선 격자 편광자를 대면적(20인치 이상) 상에서 구현할 수 있다.According to the present invention, in the line lattice polarizer, the period can be reduced to half of the lattice period, so that a high polarization extinction ratio and transmittance can be obtained, thereby increasing the brightness of the LCD, and without the electron beam lithography process, Line lattice polarizers with periods can be implemented over large areas (20 inches or more).
선 격자 편광자, 휘도, LCD, 편광 소멸비, 투과율, 주기 Line lattice polarizer, luminance, LCD, polarization extinction ratio, transmittance, period
Description
도 1은 일반적인 선 격자 편광자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a general line lattice polarizer.
도 2는 본 발명의 선 격자 편광자의 실시예를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the line grating polarizer of the present invention.
도 3은 본 발명의 선 격자 편광자를 사용하는 경우 LCD의 휘도가 향상되는 원리를 나타낸 도면.3 is a view showing a principle that the brightness of the LCD is improved when using the line lattice polarizer of the present invention.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 선 격자 편광자의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도.4A to 4D are cross-sectional views showing an embodiment of the method of manufacturing the line lattice polarizer of the present invention.
도 5a 내지 도5c는 본 발명의 선 격자 편광자의 제조방법에 있어서, 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착하는 공정을 나타낸 단면도.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of obliquely depositing a thin metal film on both sides of the gratings in the method of manufacturing the line grating polarizer of the present invention.
도 6a는 격자의 상부 면에 금속 박막이 증착되는 것을 방지하기 위한 선 격자 편광자용 스탬프의 단면도.6A is a cross-sectional view of a stamp for a line grating polarizer to prevent the deposition of a metal thin film on the top surface of the grating;
도 6b는 도 6a에 도시된 스탬프를 이용하여 임프린팅된 선 격자 편광자의 단면도.6B is a cross-sectional view of the line lattice polarizer imprinted using the stamp shown in FIG. 6A.
도 7은 125㎚의 주기를 갖는 격자의 한 쪽 측면에만 금속 박막을 증착한 경우와 250㎚의 주기를 갖는 격자의 양 측면에 금속 박막을 증착한 경우의 휘도를 비교한 그래프.FIG. 7 is a graph comparing luminance when a metal thin film is deposited only on one side of a lattice having a period of 125 nm and when a metal thin film is deposited on both sides of a lattice having a period of 250 nm. FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 기판 110 : 격자100
120 : 금속 박막120: metal thin film
본 발명은 액정 디스플레이에 관한 것으로서, 특히 선 격자 편광자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD)는 두 개의 편광판 사이에 위치하는 액정 패널에서 각 픽셀(pixel)에 전기 신호를 인가하여 액정의 배열을 변경시킴으로써 빛을 투과시키거나 차단하는 소자이다. LCD는 현재 휴대전화, 노트북, 모니터 및 TV에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다.Liquid crystal display (LCD) is a device that transmits or blocks light by changing an arrangement of liquid crystals by applying an electrical signal to each pixel in a liquid crystal panel positioned between two polarizers. LCDs are now widely used in cell phones, laptops, monitors and TVs.
상기 LCD를 동작시키기 위해서는 일정한 광원이 필요하며 광원의 사용 방식에 따라 반사형, 투과형, 반투과형으로 구분할 수 있다.In order to operate the LCD, a constant light source is required and may be classified into a reflective type, a transmissive type, and a transflective type according to a method of using the light source.
상기 LCD에 있어서 광원으로는 일반적으로 백라이트 유닛이 사용되는데, 백라이트 유닛은 형광등, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED) 등의 램프와, 상기 램프에서 나온 빛을 LCD패널 전면에 고르게 보내주기 위한 도광판, 확산 쉬트, 프리즘 쉬트 등으로 구성된다.In the LCD, a backlight unit is generally used as a light source. The backlight unit includes a lamp such as a fluorescent lamp, a light emitting diode (LED), a light guide plate for evenly transmitting the light from the lamp to the front of the LCD panel, It consists of a diffusion sheet, a prism sheet, and the like.
백라이트 유닛에 있어서, 상기 램프로부터 출발한 빛은 도광판, 확산 쉬트, 프리즘 쉬트 등을 거치는 동안 상당한 부분이 손실된다.In the backlight unit, a substantial portion of the light from the lamp is lost while going through the light guide plate, the diffusion sheet, the prism sheet, and the like.
더구나 LCD패널의 전면과 후면에 위치한 편광판은 흡수형이므로 LCD패널로 향하는 빛의 50%를 흡수한다. 따라서, 실제 디스플레이에서 사용자가 보게 되는 빛은 램프로부터 나온 빛의 10%이하의 빛만을 보게 되는 것이다.Moreover, the polarizers on the front and back of the LCD panel are absorbing, so they absorb 50% of the light directed to the LCD panel. Thus, the light that the user sees in the actual display only sees less than 10% of the light from the lamp.
이것은 LCD의 광 이용 효율이 상당히 낮다는 것을 말하는데, 이러한 낮은 광 이용 효율을 향상시키면 휴대용 기기에서의 배터리 사용 시간의 증가와 LCD TV에서 전력 소모를 감소시킬 수 있다.This suggests that the light utilization efficiency of the LCD is considerably low. Improving this low light utilization efficiency can increase battery life in portable devices and reduce power consumption in LCD TVs.
LCD의 광 이용 효율을 향상시켜 휘도를 증가시키기 위한 기술로 3M사의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)가 있다. 상기 DBEF는 다층의 고분자 박막 형태의 반사형 편광판으로서, 투과형 LCD의 경우 백라이트 유닛과 LCD패널 사이에 위치하여 휘도를 60%까지 증가시킬 수 있다.3M's Dual Brightness Enhancement Film (DBEF) is a technology for increasing brightness by improving light utilization efficiency of LCDs. The DBEF is a reflective polarizer in the form of a multilayer polymer thin film. In the case of a transmissive LCD, the DBEF may be positioned between the backlight unit and the LCD panel to increase luminance by 60%.
일반적으로 광원에서 나온 빛 중에서 일정 편광의 빛은 LCD패널을 투과하나, 또 다른 편광의 빛은 LCD패널의 후면 편광판에서 흡수된다. 여기서, LCD패널을 투과하는 편광의 빛을 P1 편광의 빛이라 하고, LCD패널의 후면 편광판에서 흡수되는 편광의 빛을 P2 편광의 빛이라 한다.In general, light of a certain polarization of the light from the light source is transmitted through the LCD panel, while another polarized light is absorbed by the rear polarizer of the LCD panel. Here, the polarized light passing through the LCD panel is called P1 polarized light, and the polarized light absorbed by the rear polarizer of the LCD panel is called P2 polarized light.
그런데, DBEF를 사용하게 되면 상기 P2 편광의 빛이 DBEF에서 반사되어 다시 백라이트 유닛으로 돌아가게 되고 백라이트 유닛으로 들어간 빛은 다시 반사되어 LCD패널로 향하게 되는데, 이때 반사된 빛은 무작위의 편광 성분을 갖게 된다.However, when the DBEF is used, the P2 polarized light is reflected by the DBEF to be returned to the backlight unit, and the light entering the backlight unit is reflected back to the LCD panel, where the reflected light has a random polarization component. do.
따라서, 상기 반사된 빛 중에서 P1 편광의 빛은 LCD패널을 투과하고, P2 편광의 빛은 다시 백라이트 유닛으로 돌아가게 되며, 이러한 과정이 반복되면서 많은 양의 빛이 LCD패널을 투과하게 된다.Therefore, the P1 polarized light is transmitted through the LCD panel among the reflected light, and the P2 polarized light is returned to the backlight unit again, and as a result, a large amount of light is transmitted through the LCD panel.
그러나, 상기 DBEF는 광학적으로 이방성인 고분자막과 등방성인 고분자막을 교차하여 다층으로 제작하기 때문에 가격이 비싸고, 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.However, the DBEF has a problem in that it is expensive and complicated in the manufacturing process because it is produced in a multi-layer by crossing the optically anisotropic polymer film and the isotropic polymer film.
이에 따라 LCD의 광 이용 효율을 높이기 위해 선 격자 편광자(Wire Grid Polarizer)를 사용하여 LCD 휘도를 증가시키려는 연구가 진행되고 있다.Accordingly, research is being conducted to increase LCD brightness by using a wire grid polarizer to increase the light utilization efficiency of the LCD.
도 1은 일반적인 선 격자 편광자를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 투명한 기판(10) 상부에 금속 격자(20)들이 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열되어 있다.1 is a cross-sectional view showing a general line lattice polarizer. As shown in the drawing, the
이와 같이 구성된 선 격자 편광자에 있어서, 상기 금속 격자(20)들의 주기가 입사되는 전자기파의 반 파장보다 짧을 경우, 상기 선 격자 편광자에 입사하는 빛 중 상기 금속 격자(20)와 평행한 편광을 가지는 S 편광의 빛은 반사되고, 상기 금속 격자(20)에 수직한 편광을 가지는 P 편광의 빛은 투과한다.In the line lattice polarizer configured as described above, when the period of the
이상적인 선 격자 편광자는 상기 금속 격자(20)에 평행한 S 편광의 빛에 대해서는 완벽한 거울이고, 상기 금속 격자(20)에 수직한 P 편광의 빛에 대해서는 완벽하게 투명일 것이다.An ideal line grating polarizer would be a perfect mirror for light of S polarization parallel to the
그러나, 반사율이 좋은 금속이라고 하더라도 입사하는 빛 중에서 90 ~ 95%만을 반사시킬 수 있으며, 평면 유리라 해도 표면 반사 때문에 입사광을 100% 투과시키지는 못한다.However, even a metal with good reflectivity can reflect only 90 to 95% of incident light, and even glass can not transmit 100% of incident light due to surface reflection.
일반적으로 선 격자 편광자의 성능은 편광 소멸비(polarization extinction ratio)와 투과율로써 나타낼 수 있는데, 편광 소멸비는 S 편광의 빛이 입사할 경우에 입사되는 S 파(Si)와 투과되는 S 파(St)의 광 출력(optical power)비를 나타내고, 투과율은 P 편광의 빛이 입사할 경우에 투과되는 P 파(Pt)와 입사되는 P 파(Pi)의 광 출력비를 나타낸다.In general, the performance of a line lattice polarizer can be expressed by polarization extinction ratio and transmittance. The polarization extinction ratio is the S wave (S i ) and the S wave (S t ) transmitted when light of S polarization is incident. ) Represents the optical power ratio, and the transmittance represents the optical power ratio of P wave P t transmitted and P wave P i incident when light of P polarization is incident.
즉, 상기 편광 소멸비와 투과율이 높을수록 선 격자 편광자는 상기 금속 격자(20)에 평행한 편광을 가지는 S 편광의 빛은 더 잘 반사하고, 상기 금속 격자(20)에 수직한 편광을 가지는 P 편광의 빛은 더 잘 투과시키게 된다.That is, as the polarization extinction ratio and transmittance are higher, the line lattice polarizer reflects light of S polarized light having polarization parallel to the
선 격자 편광자가 높은 편광 소멸비와 투과율을 가지기 위해서는 상기 금속 격자(20)의 주기가 입사하는 광의 파장에 비해 상당히 짧아야 한다는 전제 조건이 있다. In order for the line grating polarizer to have a high polarization extinction ratio and transmittance, there is a precondition that the period of the
그런데, 상기 금속 격자(20)의 주기를 짧게 할수록 선 격자 편광자의 제작이 어려워지기 때문에 선 격자 편광자는 주로 마이크로파 또는 적외선 영역에서 제작되어 사용되어 왔다.By the way, the shorter the cycle of the
그러나, 반도체 제조 장비와 노광 기술의 발달로 미세 패턴 제작이 가능해짐에 따라 가시광선에서 동작하는 선 격자 편광자의 제작이 가능해지고 있다.However, with the development of semiconductor manufacturing equipment and exposure technology, fine pattern fabrication becomes possible, making line lattice polarizers operating in visible light possible.
사람이 눈으로 감지할 수 있는 가시광선 영역은 보통 400㎚ 에서 700㎚ 까지의 파장대를 말한다. 따라서, 가시광선 영역에서 동작하기 위해 선 격자 편광자의 금속 격자의 주기는 적어도 250㎚ 이하는 되어야 하며, 보다 우수한 성능을 내기 위해서는 100㎚ 대의 주기를 갖는 것이 바람직하다.The visible region that humans can perceive is usually in the wavelength range from 400 nm to 700 nm. Therefore, the period of the metal lattice of the line grating polarizer should be at least 250 nm or less in order to operate in the visible light region, and it is preferable to have a period in the range of 100 nm for better performance.
100㎚ 이하의 주기는 기존의 광 리소그래피(Optical Lithography) 공정으로는 구현하기 어려우며, 전자빔 리소그래피(E-beam Lithography) 공정을 통하여 구현할 수 있다.Periods of 100 nm or less are difficult to implement in conventional optical lithography processes, and may be implemented through electron beam lithography processes.
그러나, 상기 전자빔 리소그래피 공정을 통하여 금속 격자의 주기를 100㎚ 이하로 감소시킨다 하더라도 이를 대면적(20인치 이상)상에 구현하는 것은 한계가 있는데, 너무 많은 시간과 제조 비용이 들기 때문이다.However, even if the period of the metal lattice is reduced to 100 nm or less through the electron beam lithography process, the implementation of this on a large area (20 inches or more) is limited, because it takes too much time and manufacturing cost.
일반적으로 대면적(20인치 이상)상에서 구현가능한 선 격자 편광자의 금속 격자의 주기는 250㎚ 정도이며, 250㎚의 주기를 갖는 선 격자 편광자를 이용하여 LCD의 휘도를 증가시키기 위한 필요성이 요구되고 있다.In general, the period of the metal lattice of the line lattice polarizer that can be realized on a large area (20 inches or more) is about 250 nm, and there is a need for increasing the luminance of LCDs using the line lattice polarizer having a period of 250 nm. .
따라서, 본 발명의 목적은 선 격자 편광자의 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착함으로써, 선 격자 편광자의 주기를 줄여 편광 소멸비와 투과율을 높일 수 있는 선 격자 편광자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a line lattice polarizer and a method of manufacturing the same, which can reduce the period of the line lattice polarizer by increasing the polarization extinction ratio and transmittance by obliquely depositing a thin metal film on both sides of the lattice of the line lattice polarizer. .
본 발명의 선 격자 편광자의 실시예는, 기판과, 상기 기판 상부에 형성되며, 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열되어 있는 격자들과, 상기 격자들의 양 측면에 형성된 금속 박막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the line grating polarizer of the present invention comprises a substrate, gratings formed on the substrate and arranged in parallel with a predetermined period, and a metal thin film formed on both sides of the gratings. do.
본 발명의 선 격자 편광자의 제조방법의 실시예는, 일정한 주기를 가지며 상 호 이격되어 있는 복수개의 돌출부가 형성된 스탬프로 스탬핑(Stamping)하여 기판 상에 상호 이격되어 있으며 평행하게 배열되어 있는 격자들을 형성하는 단계와, 상기 격자들의 양 측면에 금속 박막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the manufacturing method of the line grating polarizer of the present invention is stamped with a stamp formed with a plurality of protrusions spaced apart from each other with a constant period to form gratings spaced apart and arranged in parallel on the substrate. And depositing a metal thin film on both sides of the gratings.
여기서, 상기 금속 박막은 상기 격자들의 양 측면으로부터 일정한 각도의 경사진 선상에서 증착하여 형성하며, 상기 금속 박막을 형성하는 단계는,Here, the metal thin film is formed by depositing on an inclined line at an angle from both sides of the grating, and forming the metal thin film,
상기 격자들의 한 쪽 측 상부면과 상기 격자들의 상부면에 금속 박막을 증착하는 단계와, 상기 격자들의 다른 쪽 측 상부면과 상기 격자들의 상부면에 금속 박막을 증착하는 단계와, 상기 격자들의 상부면이 노출되도록 상기 상부면에 증착된 금속 박막을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Depositing a thin metal film on one side top surface of the gratings and the top surface of the gratings, depositing a metal thin film on the other side top surface of the gratings and the top surface of the gratings; Removing the metal thin film deposited on the upper surface so that the surface is exposed.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 선 격자 편광자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 선 격자 편광자의 실시예를 나타낸 단면도이다.Hereinafter, the line lattice polarizer of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the line lattice polarizer of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상부에 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열되어 있는 격자(110)들과, 상기 격자(110)들의 양 측상부면에 형성된 금속 박막(120)으로 이루어져 있다.As shown therein, the
여기서, 상기 기판(100)은 유리, 쿼츠(Quartz), 폴리머 등 투명한 물질로 이루어지며, 상기 격자(110)는 폴리머 또는 쿼츠(Quartz)와 같이 광을 투과시킬 수 있는 고분자 물질로 이루어진다.Here, the
그리고, 상기 금속 박막(120)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 코발트(Co), 탄탈늄(Ta) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 상기 금속 박막(120)을 보호하기 위해 상기 금속 박막(120) 상에 보호막을 형성할 수도 있다.The metal
상기 격자(110)의 주기를 P 라 하고, 상기 격자(110)의 폭을 W, 상기 금속 박막(120)의 두께를 T 라고 했을 때, 상기 격자(110)의 주기 P = 2(W + T)와 같게 된다. 즉, 격자의 폭(W)는 격자와 격자 사이에 형성된 금속 박막들 사이의 폭과 동일하게 형성된다.When the period of the grating 110 is P, the width of the grating 110 is W, and the thickness of the metal
여기서, 상기 격자(110)의 주기는 220 ~ 270㎚ 로 형성하고, 상기 금속 박막(120)의 두께는 10 ~ 60㎚ 로 형성한다.Here, the period of the grating 110 is formed of 220 ~ 270nm, the thickness of the metal
상기 격자(110)의 양 측상부면에 상기 금속 박막(120)을 경사 증착에 의해 형성하는 경우, 본 발명의 선 격자 편광자에 있어서 주기 Q = (W + T)와 같으며, 이는 상기 격자(110)의 주기인 P의 절반에 해당된다.When the metal
이와 같이, 격자(110)의 양 측상부면에 상기 금속 박막(120)을 경사 증착에 의해 형성하면, 선 격자 편광자에 있어서 주기가 상기 격자(110)의 주기의 절반인 110 ~ 135㎚ 로 형성되므로 높은 편광 소멸비 및 투과율을 얻을 수 있어 LCD의 휘도를 증가시킬 수 있다.As such, when the metal
그리고, 전자빔 리소그래피 공정 없이도 110 ~ 135㎚의 주기를 가지는 선 격자 편광자를 대면적(20인치 이상) 상에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that a line lattice polarizer having a period of 110 to 135 nm can be implemented in a large area (20 inches or more) without an electron beam lithography process.
도 3은 본 발명의 선 격자 편광자를 사용하는 경우 LCD의 휘도가 향상되는 원리를 나타낸 도면이다. 일반적으로 백라이트 유닛의 광원에서 나온 빛 중에서 P1 편광의 빛은 LCD패널을 투과하지만, P2 편광의 빛은 LCD패널의 후면 편광판에 흡수된다.3 is a view showing a principle that the brightness of the LCD is improved when using the line lattice polarizer of the present invention. Generally, P1 polarized light is transmitted through the LCD panel among the light emitted from the light source of the backlight unit, but P2 polarized light is absorbed by the rear polarizer of the LCD panel.
그러나, 선 격자 편광자를 상기 백라이트 유닛과 상기 LCD패널 사이에 위치시키는 경우는 도 3에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(200)에서 나온 빛 중 P1 편광의 빛은 선 격자 편광자(210)와 LCD패널(220)을 투과하지만, P2 편광의 빛은 선 격자 편광자(210)에 의해 반사되어 다시 백라이트 유닛(200)으로 돌아가게 된다.However, when the line lattice polarizer is positioned between the backlight unit and the LCD panel, as shown in FIG. 3, the P1 polarized light of the light emitted from the
백라이트 유닛(200)으로 들어간 빛은 백라이트 유닛(200)의 최하부에 위치한 반사판(미도시)에서 반사되어 다시 전면을 향하여 나오게 되는데, 여러 산란 과정을 거치면서 다시 무작위의 편광 성분을 갖게 된다. 즉, 반사판, 도광판, 확산 쉬트, 프리즘 쉬트 등을 거치면서 랜덤(random)한 편광 성분을 갖게 된다.The light entering the
그리고, 이 중에서 P1 편광의 빛은 다시 선 격자 편광자(210)와 LCD패널(220)을 투과하고, P2 편광의 빛은 상기 선 격자 편광자(210)에서 반사되어 다시 백라이트 유닛(200)으로 돌아가게 되는데, 이러한 과정이 반복되면서 많은 양의 빛이 LCD패널을 투과하게 된다.The P1 polarized light passes through the
이와 같이, 선 격자 편광자를 백 라이트 유닛과 LCD패널 사이에 위치시키면 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.As such, when the line lattice polarizer is positioned between the backlight unit and the LCD panel, the luminance of the LCD may be improved.
즉, 백라이트 유닛의 광원에서 나온 빛 중 P2 편광의 빛은 기존의 LCD에서는 버려지는 빛이었으나, 선 격자 편광자(210)를 도입함으로써 P2 편광의 빛을 재활용할 수 있으며, 그로 인해 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있는 것이다.That is, P2 polarized light of the light emitted from the light source of the backlight unit was discarded in the conventional LCD, but by introducing the
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 선 격자 편광자의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(303) 상부에 스탬핑(Stamping)하기 위한 돌출부(305)들이 일정한 주기(P)를 가지고 평행하게 배열되어 있는 스탬프(300)를 준비한다(도 4a).4A to 4D are cross-sectional views showing an embodiment of the manufacturing method of the line lattice polarizer of the present invention. As shown in the drawing, first, a
여기서, 상기 기판(303)으로는 쿼츠 글래스(Quartz Glass), 실리콘(Si), 다이아몬드, SiO2, 니켈(Ni), 플래티늄(Pt), 크롬(Cr), 고분자 재료 등이 사용될 수 있다.Here, quartz glass, silicon (Si), diamond, SiO 2 , nickel (Ni), platinum (Pt), chromium (Cr), and a polymer material may be used as the
그리고, 상기 물질 중 쿼츠 글래스와 투명 고분자 재료는 자외선 경화 방식의 나노 임프린트 기술에 이용될 수 있으며, 그 이외의 물질은 열 경화 방식의 나노 임프린트 기술에 이용될 수 있다.In addition, the quartz glass and the transparent polymer material may be used in the UV-curing nanoimprint technology, and other materials may be used in the thermosetting nanoimprint technology.
상기 돌출부(305)는 니켈(Ni), 쿼츠 글래스, 폴리머, 실리콘(Si) 등으로 이루어지며, 상기 돌출부(305)는 대면적(20인치 이상) 상에 220 ~ 270㎚의 주기를 가지고 형성되어야 하므로 레이저 간섭 리소그래피(Laser Interference Lithography) 방식으로 형성하는 것이 바람직하다.The
다음으로, 선 격자 편광자의 기판(310) 상부에 폴리머와 같은 고분자 물질(320)을 도포한다(도 4b). 여기서, 상기 폴리머는 임프린트 기술에 따라 열 경화 폴리머 또는 자외선 경화 폴리머를 사용할 수 있다.Next, a
이어서, 나노 임프린트 기술을 이용하여 상기 스탬프(300)를 상기 고분자 물질(320)에 접촉시켜 상기 기판(310) 상부에 일정한 주기(P)를 가지며 평행하게 배열되어 있는 격자(325)들을 형성한다(도 4c).Subsequently, the
여기서, 상기 격자(325)들은 상기 스탬프(300)의 돌출부(305)의 주기와 마찬가지로 220 ~ 270㎚의 주기를 갖는다.Here, the
그 후, 상기 격자(325)들의 양 측상부면에 금속 박막(330)을 경사 증착한다(도 4d).Thereafter, a thin film of
여기서, 상기 금속 박막(330)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 코발트(Co), 탄탈늄(Ta) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 증착되는 금속 박막(330)의 두께는 10 ~ 60㎚ 로 하는 것이 바람직하다.The metal
상기 격자(325)들의 양 측상부면에 금속 박막(330)을 형성한 결과, 선 격자 편광자의 주기는 상기 격자(325)들의 주기의 절반인 Q로 줄어드는 효과를 볼 수 있게 된다.As a result of forming the metal
도 5a 내지 도5c는 본 발명의 선 격자 편광자의 제조방법에 있어서, 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착하는 공정을 나타낸 단면도이다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of obliquely depositing a metal thin film on both sides of the gratings in the method of manufacturing the line grating polarizer of the present invention.
박막의 경사 증착 방법은 모토로라에서 FED(Field Emission Display) 소자 제조시에 사용했던 방식으로 샘플이 장착되는 스테이지(Stage)의 각도를 조절하여 증착되는 샘플의 형태를 조절하거나 원하는 부분에 금속 박막을 증착하는 방법이 다.Gradient deposition of thin films is performed by Motorola in the field emission display (FED) device fabrication method by adjusting the angle of the sample on which the sample is placed to control the shape of the deposited sample or depositing a metal thin film on a desired portion. That's how it is.
이때에 사용되는 장비는 증착되는 입자의 직진성이 가장 우수한 전자빔 증착기(E-beam Evaporator) 또는 열 증착기(Thermal Evaporator)가 사용될 수 있다.In this case, the equipment used may be an E-beam Evaporator or a Thermal Evaporator having the best linearity of the deposited particles.
이에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(400) 상부에 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열되어 있는 격자(410)들의 한 쪽 측상부면과 상기 격자(410)들의 상부면에 경사 증착을 통하여 금속 박막(420)을 증착한다(도 5a).As shown in the drawing, first, the metal
다음으로, 상기 격자(410)들의 다른 쪽 측상부면과 상기 격자(410)들의 상부면에 경사 증착을 통하여 금속 박막(420)을 증착한다(도 5b).Next, a metal
여기서, 상기 기판(400)이 장착된 스테이지의 각도 변화가 중요한 인자로 작용하는데, 상기 격자(410)의 상부 면에 금속 박막(420)이 증착되는 것을 최대한 방지하기 위하여 스테이지의 각도를 상기 격자(410)의 측면 즉, 수직선상을 기준으로 65°이상이 되게 한다.Here, the change of the angle of the stage on which the
상기 금속 박막(420)을 상기 격자(410)의 측면에 경사 증착할때, 상기 격자(410)의 상부 면에도 금속 박막(420)이 증착되는데, 이는 건식 식각 공정을 통하여 제거하게 된다.When the metal
이때, 상기 격자(410)의 상부 면에 증착되는 금속 박막(420)의 두께가 20㎚ 이상이 되면 이를 제거할 때, 상기 격자(410)의 양 측면에 증착된 금속 박막(420)에도 손상을 주게 되어 원하는 휘도 특성을 얻기 어렵게 된다.In this case, when the thickness of the metal
그런데, 상기 기판(400)이 장착된 스테이지의 각도를 수직선상을 기준으로 65°이상으로 하여 경사 증착을 하게 되면, 상기 격자(410)의 상부 면에 증착되는 금속 박막(420)의 두께가 약 10㎚ 정도가 됨이 실험을 통해 밝혀졌다.By the way, when the angle of the stage on which the
따라서, 기판(400)이 장착된 스테이지의 각도를 수직선상을 기준으로 65°이상으로 한 후, 경사 증착을 하여 상기 격자(410)의 상부 면에 금속 박막(420)이 증착되더라도 이를 제거함에 있어 상기 격자(410)의 양 측면에 증착된 금속 박막(420)이 손상되지 않도록 한다.Therefore, the angle of the stage on which the
바람직하게는, 상기 기판(400)이 장착된 스테이지의 각도를 상기 격자(410)의 측면을 기준으로 65° ~ 85°경사를 가지도록 하여 증착한다.Preferably, the angle of the stage on which the
그 후, 상기 격자(410)의 상부면에 증착된 금속 박막(420)을 방향성 건식 식각 공정 등을 통하여 제거함으로써, 상기 격자(410)의 상부면을 노출시킨다(도 5c).Thereafter, the metal
이와 같이, 선 격자 편광자에 있어서 상기 격자(410)의 양 측면에 금속 박막(420)을 형성하게 되면, 선 격자 편광자의 격자 주기를 줄일 수 있으므로 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있어 에너지를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.As such, when the metal
그리고, 임프린트 공정을 통하여 선 격자 편광자를 제조함으로써 제조 공정이 단순해지고, 대량으로 생산이 가능하여 제조 단가를 크게 낮출 수 있게 된다.In addition, by manufacturing the line lattice polarizer through the imprint process, the manufacturing process is simplified and the mass production can be performed, thereby greatly reducing the manufacturing cost.
선 격자 편광자의 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착하여 형성하는 경우, 격자들의 상부 면에도 금속 박막이 증착되며, 이를 제거하기 위해 건식 식각 공정이 필요하게 된다.When the metal thin films are formed by gradient deposition on both sides of the gratings of the linear grating polarizer, the metal thin films are also deposited on the upper surfaces of the gratings, and a dry etching process is required to remove them.
그러나, 건식 식각 공정을 도입하지 않고도 상기 격자들의 상부 면에 금속 박막이 증착되는 것을 방지할 수 있는 방법이 있다.However, there is a method that can prevent the deposition of a metal thin film on the top surface of the gratings without introducing a dry etching process.
즉, 선 격자 편광자의 격자들을 형성하기 위한 스탬프를 제조하는 경우에 있어서, 스탬핑하기 위한 돌출부들의 배열 방향을 따라 돌출부들의 각 밑 부분에 홈을 형성한 후 임프린팅하게 되면, 임프린트된 선 격자 편광자의 격자들의 상부의 가장자리 부분이 약간 돌출되게 되어 금속 박막을 경사 증착하는 경우 상기 격자들의 상부 면에 금속 박막이 증착되는 것을 막을 수 있게 된다.That is, in the case of manufacturing a stamp for forming the gratings of the line lattice polarizer, if a groove is formed in each of the lower portions of the protrusions along the arrangement direction of the protrusions for stamping and then imprinted, the imprinted line lattice polarizer The edge portion of the upper portion of the gratings slightly protrudes to prevent the deposition of the metal thin film on the upper surface of the grating when the thin metal film is deposited obliquely.
도 6a는 격자의 상부 면에 금속 박막이 증착되는 것을 방지하기 위한 선 격자 편광자용 스탬프의 단면도이다. 6A is a cross-sectional view of a stamp for a line grating polarizer to prevent the deposition of a metal thin film on the top surface of the grating.
이에 도시된 바와 같이, 기판(500) 상부에 스탬핑을 하기 위한 돌출부(510)들이 일정한 주기를 가지고 상호 이격되어 배열되어 있으며, 상기 돌출부(510)들의 각 밑 부분에 있는 기판(500)에는 상기 돌출부(510)들을 따라 홈(505)이 형성되어 있다.As shown in the figure, the
여기서, 상기 홈(505)은 상기 돌출부(510)를 형성하기 위한 건식 식각 공정 중에 형성되게 되는데, 이는 바텀 바우잉(Bottom Bowing) 현상을 이용한 것이다.Here, the groove 505 is formed during the dry etching process for forming the
즉, RIE(Reactive Ion Etching) 방식의 식각 공정에 있어서, 식각 이온은 기판(500)에 수직한 방향으로 향하게 되나, 식각면에 도달하게 되면 활 처럼 약간의 휘어짐이 발생하는데 그 결과 상기 돌출부(510)들의 각 밑 부분에 있는 기판(500)에 상기 홈(505)이 형성되게 된다.That is, in the etching process of the reactive ion etching (RIE) method, the etching ions are directed in a direction perpendicular to the
상기 홈(505)의 깊이는 10 ~ 20㎚ 정도로 형성하는 것이 바람직하며, 이는 RF 파워나 압력, 플라즈마의 바이어스(Bias) 또는 밀도(Density) 등을 통해 조절할 수 있다.The depth of the groove 505 is preferably about 10 to 20 nm, which can be adjusted through RF power, pressure, plasma bias or density.
도 6b는 도 6a에 도시된 스탬프를 이용하여 임프린팅된 선 격자 편광자의 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 도 6a에 도시된 스탬프를 이용하여 임프린팅하는 경우, 기판(520) 상부에 주기적으로 평행하게 배열되어 있는 격자(530)는 금속 박막이 증착되는 측면 방향을 따라 가장자리 부분이 돌출되어 있는 형상을 가지게 된다.FIG. 6B is a cross-sectional view of the line lattice polarizer imprinted using the stamp shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 6A, in the case of imprinting using the stamp illustrated in FIG. 6A, the
여기서, 상기 돌출된 부분의 높이(h)는 10 ~ 20㎚ 정도로 형성되며, 금속 박막이 상기 격자(530)들의 양 측면에 경사 증착되는 경우 상기 돌출된 에지 부분으로 인하여 상기 격자(530)들의 상부 면에 금속 박막이 증착되는 것을 막을 수 있게 된다.Here, the height (h) of the protruding portion is formed to about 10 ~ 20nm, the upper portion of the
도 7은 125㎚의 주기를 갖는 격자의 한 쪽 측면에만 금속 박막을 증착한 경우와 250㎚의 주기를 갖는 격자의 양 측면에 금속 박막을 증착한 경우의 휘도를 비교한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing luminance when a metal thin film is deposited only on one side of a lattice having a period of 125 nm and when a metal thin film is deposited on both sides of a lattice having a period of 250 nm.
이에 도시된 바와 같이, 250㎚의 주기를 갖는 격자의 양 측면에 금속 박막을 증착한 경우, 125㎚의 주기를 갖는 격자의 한 쪽 측면에만 금속 박막을 증착한 경우와 비슷한 휘도 특성을 보이는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, when the metal thin films are deposited on both sides of the lattice having a period of 250 nm, the luminance characteristics are similar to those of the metal thin films deposited only on one side of the lattice having a period of 125 nm. Can be.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It can be easily understood by those skilled in the art.
본 발명에 의하면, 선 격자 편광자의 격자들의 양 측면에 금속 박막을 경사 증착에 의해 형성함으로써, 선 격자 편광자에 있어서 주기를 격자 주기의 절반으로 줄일 수 있어 높은 편광 소멸비 및 투과율을 얻을 수 있으며, 그로 인해 LCD의 휘도를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, by forming a thin metal film on both sides of the gratings of the line lattice polarizer by oblique deposition, the period can be reduced to half of the lattice period in the line lattice polarizer to obtain a high polarization extinction ratio and transmittance. This can increase the brightness of the LCD.
그리고, 전자빔 리소그래피 공정 없이도 110 ~ 135㎚의 주기를 가지는 선 격자 편광자를 대면적(20인치 이상) 상에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that a line lattice polarizer having a period of 110 to 135 nm can be implemented in a large area (20 inches or more) without an electron beam lithography process.
또한, 본 발명의 선 격자 편광자를 백 라이트 유닛과 LCD패널 사이에 위치시키면 기존의 LCD에서 버려졌던 P2 편광의 빛을 재활용할 수 있으며, 그로 인해 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있다.In addition, by placing the line lattice polarizer of the present invention between the backlight unit and the LCD panel, it is possible to recycle the P2 polarized light discarded in the existing LCD, thereby improving the brightness of the LCD.
Claims (13)
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